Проектирование двухканальной панорамной оптической системы для машинного зрения автомобилей

Цыганок Е.А., Кожина А.Д., Хэни Чжан, Тришина Д.Д.

Ссылка для цитирования:

Цыганок Е.А., Кожина А.Д., Чжан Хени, Тришина Д.Д. Проектирование двухканальной панорамной оптической системы для машинного зрения автомобилей // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 4. С. 71–81. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-
92-04-71-81 Tsyganok E.A., Kozhina A.D., Zhang Hengyi, Trishina D.D. Design of dual-band
panoramic optical system for car vehicle vision [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 4.
P. 71–81. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-04-71-81

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Зеркально-линзовые двухканальные оптические системы кругового
обзора, предназначенные для работы в качестве машинного зрения автотранспортных средств
в дневном и сумеречном режимах. Цель работы. Исследование катадиоптрических оптических
систем и расчёт комбинированного двухканального объектива кругового обзора со сверхшироким угловым полем зрения в видимом и инфракрасном спектральных диапазонах работы для
повышения уровня безопасности вождения транспортных средств. Метод. Разделение углового
поля зрения на два оптических канала с единым приёмником изображения в каждом из спектральных диапазонов, а также использование конструктивно-сложного зеркально-линзового
компонента позволяют расширить возможности коррекции аберраций целостного объектива, возникающих при работе с гипербольшими угловыми полями, и эффективно минимизировать влияние дисторсии, кривизны поля зрения и астигматизма на качество формируемого на
матрице изображения. Основные результаты. Проведён анализ оптических систем со схожими
оптическими характеристиками, предназначенных для работы в качестве машинного зрения
автотранспортных средств в дневном и сумеречном режимах, сделан вывод о ряде синонимичных недостатков широкоугольных систем, а именно: низкое разрешении на краю поля зрения, рабочий диапазон большинства оптических систем ограничен видимым, следовательно,
технические условия прибора не допускают эксплуатацию в сумеречном и ночном режимах.
На основе исследований разработана оптическая система двухканального панорамного объектива
для машинного зрения автомобиля. Показаны принципы проектирования системы панорамной
визуализации и представлена схема двухканального панорамного объектива для расширенного
спектрального диапазона работы. Практическая значимость. Полученные результаты исследований, а также разработанная в CAE Zemax электронная модель панорамного объектива кругового обзора может послужить прототипом оптической системы для дневного и сумеречного режимов работы с улучшенными оптическими характеристиками по сравнению с имеющимися
системами-аналогами.

Ключевые слова:

двухканальная оптическая система, панорамная линза, катадиоптрический объектив, видимый и инфракрасный диапазон

Коды OCIS: 220.3620; 150.015; 5080.3620; 080.2740

Список источников:

1. Shu-Wei Yang, Kuang-Lung Huang, Rong-Seng Chang. Design of fisheye lens // Mathematics in Imaging. 2016. P. 25–28.
2. Цуканова Г.И., Бахолдин А.В. Оптические системы крупногабаритных многоспектральных телескопов // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 12. С. 37–41.
Tsukanova G.I., Bakholdin A.V. The optical systems of large multispectral telescopes // J. Opt. Technol. 2013. V. 80. P. 745–748. https://doi.org/10.1364/JOT.80.000745
3. Архипова Л.Н., Багдасаров А.А., Багдасарова О.В., Шевченко Д.Н. Панорамные системы кругового обзора // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 6. С. 20–31.
Arkhipova L.N., Bagdasarov A.A., Bagdasarova O.V., Shevchenko D.N. Circular-scan panoramic systems // J. Opt. Technol. 2016. V. 83. P. 342–350. •https://doi.org/10.1364/JOT.83.000342
4. Hui D., Zhang M., Geng Z. et al. Designs for high performance PAL-based imaging systems // Appl. Opt. 2012. V. 51(21). P. 5310–5317.
5. Huang Z., Bai J., Hou X.Y. Design of panoramic stereo imaging with single optical system // Opt. Express. 2012. V. 20(6). P. 6085–6096.
6. Gong C., Cheng D.W., Xu C.et al. Design of a novel panoramic lens without central blindness // Proc. SPIE. 2015. P. 9618-9618-16.
7. Заварзин В.И., Кравченко С.О., Митрофанова Ю.С. Выбор оптических материалов для минимизации хроматизма положения в перспективной широкозахватной многоспектральной аппаратуре среднего разрешения // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 10. С. 16–23.
Zavarzin V.I., Kravchenko S.O., Mitrofanova Yu.S. Selection of optical materials to minimize longitudinal chromatic aberration in a prospective broad-coverage medium-resolution multispectral instrument // J. Opt. Technol. 2016. V. 83. P. 593–598. https://doi.org/10.1364/JOT.83.000593
8. Kozhina A., Soshnicova E., Uvarova A. Optical design of a dual channel microscope // CEUR Workshop Proceedings. 2020. V. 2744. P. 1–7.
9. Wang J.H., Liang Y.C., Xu M. Design of panoramic lens based on ogive and aspheric surface // Opt. Express. 2015. V. 23(15). P. 19489–19499.
10. Nagahara H., YagiY. Lens less imaging for wide field of view // Opt. Express. 2015. V. 54(2). P. 25114.
11. Butylkina K.D., Romanova G.E., Vasil'ev V.N., Valyavin G. Investigation of three-mirror objectives for Earth remote sensing operating with an off-axis field of view // Journal of Optical Technology. 2021. V. 88. № 9. P. 497–502. https://doi.org/10.1364/JOT.88.000497
12. Romanova G.E., Butylkina K.D., Vasilev V.N. Study of higher order aberrations of an on-axis three-mirror telescope with an off-axis field of view // Proceedings of SPIE. 2020. V. 11445. P. 1144537.